Склепіння сталеплавильної печі

Винахід відноситься до чорної металургії, зокрема до конструкції склепіння сталеплавильних печей, наприклад мартенівських і дво хванних. Відоме склепіння сталеплавильної печі, що містить вогнетривку цегельну кладку з окремих цеглин, що попарно підвішені до металоконструкцій печі за допомогою штирів, металевих пластин і тяг (Трубин К.Г., Ойкс Г.Н. і ін. Металургія сталі. М., 1961, С.190-191). Недоліком відомого склепіння є відносно низька стійкість цегельної кладки, тому що відсутня компенсація додаткових напруг, що виникають унаслідок необоротного росту робочої зони цеглин. Найбільш близьким до запропонованого склепіння по технічній сутності до результату, що досягається, є склепіння сталеплавильної печі, (а/с №619768, опубл. 15.08.78.) яке містить аркову кладку, виконану кільцями з прямих і клинових цеглин, попарно з'єднаних між собою штирями і підвішених за допомогою металевих пластин, тяг до металоконструкцій печі і вигоряючі прокладки. Основним недоліком даного склепіння є відсутність компенсації необоротного розширення цеглин, як по поперечній, так і по подовжній осі склепіння. Схема розташування прокладок дозволяє компенсувати тільки оборотне розширення цеглин у кільці склепіння при розігріві печі після ремонту. Для даного склепіння також характерним є нерівномірний розподіл згинаючих напруг у парах цеглин кілець склепіння, тому що широкі грані прямих цеглин паралельні поперечній осі, а широкі грані клинових цеглин паралельні подовжній осі склепіння. Опір вигину цегли для склепіння в напрямку сили, прикладеної перпендикулярно ребру, значно вище, ніж у напрямку перпендикулярному широкій грані, унаслідок чого при перпендикулярному розміщенні пар цеглин у кільці склепіння при виникненні деформуючого навантаження відбувається руйнування пари цеглин, у яких навантаження прикладене до широкої грані. Таким чином, деформуючі навантаження, що виникають внаслідок оборотного і додаткового необоротного росту склепіння, приводять до відколу цеглин і знижують його стійкість. В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції склепіння сталеплавильної печі шляхом зміни укладання цеглин у кільці склепіння і схеми укладання вигоряючих прокладок, що забезпечує повну компенсацію необоротного термічного розширення цегли, як по подовжній, так і по поперечній осі склепіння, рівномірний розподіл згинаючих напруг по всі х цеглинах кільця склепіння і за рахунок цього збільшується стійкість склепіння і як наслідок - витрати на ремонти. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому склепінні сталеплавильної печі, що містить аркову кладку, виконану кільцями з прямих і клинових цеглин, попарно з'єднаних між собою штирями і підвішених за допомогою металевих пластин, тяг до металоконструкцій печі, вигоряючих прокладок, передбачені наступні відмінності. Усі прямі і клинові цеглини розташовані широкою гранню паралельно подовжній осі склепіння, а вигоряючі прокладки встановлені в кільцях склепіння і між кільцями, при цьому розмір прокладки дорівнює розміру широкої грані цегли. Між істотними ознаками винаходу і досягн утим те хнічним результатом існує наступний причинно-слідчий зв'язок. У процесі роботи печі кладка склепіння нагрівається до температури близько 1750°С у період доведення і охолоджується до 1350-1500°С у період завалки шихти, що супроводжується відповідно ростом і осіданням склепіння внаслідок оборотного термічного розширення цегли. При цьому у цеглі склепіння виникають згинаючі напруги. Тому що всі цеглини склепіння розташовані однаково, тобто в кільці склепіння широкою гранню друг до друга (широкі грані цегли паралельні подовжній осі склепіння), між кільцями ребром до ребра (ребра цегли паралельні поперечній осі склепіння), виникаючі згинаючі зусилля по подовжній осі склепіння додаються до ребер цеглин, виникаючі по поперечній осі склепіння - додаються до широких граней цегли. Опір вигину цегли зусиллю, прикладеному до однойменних граней (ребро чи широка грань) однакові, і внаслідок того, що виникаючі зусилля додаються до граней, що мають однаковий опір вигину, виключаються випадки нерівномірного зносу (відколу) цегли, підвищується стійкість склепіння. Хромітова руда (зокрема т.зв. “пухка”) з низьким змістом домішок SiO2, СаО та ін., що застосовується для виробництва цегли для склепінь містить велику кількість залозистих шпінелей, що при змінному впливі окисної і відбудовної атмосфери легко перетворюються у твердий розчин полуторних окисів (Fе2О3, Сr 2О3 , Аl2 О3), зворотне перетворення полуторних окисів у залозисті шпінелі приводить до значного росту кристалів і часто до їхнього руйнування, як це випливає з реакції: Fe( Al, Cr, Fe )2 O3 + O 2 « Al2O 3, Cr2O3 , Fe2 O3 залозисті шпінелі тв ердий розчин полу торних окислів Значне розширення (розбухання) хромітової руди при контакті з окисами заліза обумовлюється недостатньою кількістю шпінелей, що містять MgO, особливо MgO×Аl2 О3 і надлишком шпінелей, що містять FeO і полуторні окиси. У наслідок вище перерахованих властивостей хромітової руди, робоча зона цегли для склепінь, що безпосередньо контактує з атмосферою печі, насиченою плавильним пилом з високим вмістом окисів заліза (переважно у вигляді FeO) поряд з оборотним перетерплює додатковий необоротний ріст. З огляду на те, що ріст виробів відбувається рівномірно в усіх напрямках, компенсуючі прокладки розташовуються як у кільцях склепіння, так і між кільцями. При вигорянні прокладок у робочій (найбільш розігрітій) зоні компенсується додатковий необоротний ріст цегли, як по поперечній, так і по подовжній осі під час розігріву і служби склепіння. Ширина компенсуючих прокладок дорівнює ширині застосованої для кладки склепіння цегли, тому що в іншому випадку високотемпературні продукти згоряння палива, яке подається на розігрів печі, проникають у зазори, що утворилися, і приводять до раннього вигоряння прокладок по всій довжині і відсутності компенсації додаткового росту склепіння в процесі експлуатації. Вибір довжини прокладки стосовно довжини застосованих для кладки склепіння цеглин підтверджується експериментами. Результати експериментів наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Показник 1. Додатковий ріст склепіння, % Довжина прокладки по відношенню до довжини застосованої цегли 100% 90% 80% 70% 60% 50% 3 5 8 12 20 22 Прототип 25 Як видно з таблиці, максимальний ступінь компенсації додаткового росту (мінімальний додатковий ріст) склепіння, виконаного відповідно до заявки, досягається при довжині компенсуючої прокладки рівній довжині застосованої цегли. Склепіння конструкції, що заявляється, виготовляється в такий спосіб. У лабораторних (при температурах порівнянних з максимально досягаємими під час експлуатації склепіння) чи промислових умовах (ви ходячи з додаткового росту арки склепіння) визначається або обчислюється додатковий необоротний ріст конкретної застосованої марки цегли. Виходячи з розмірів склепіння, розраховується необхідна кількість термокомпенсуючих вигоряючих прокладок. Кладка склепіння виробляється кільцями від центра склепіння в напрямку до голівок печі, укладання цегли у кільцях виконується широкою гранню друг до друга (широка грань паралельна подовжній осі склепіння). Термокомпенсуючі прокладки укладаються в кільцях і між кільцями рівномірно, відповідно до виконаного розрахунку. Дослідно - промислові іспити склепіння, що заявляється, проведені на ВАТ МК “Запоріжсталь” на двохванному сталеплавильному агрегаті №1. Для кладки склепіння застосовувалася періклазохромітова цегла марки SLV-30D. Розміри цегли відповідали №5 (пряма) і №22 (клинова) за ДСТ 10888-93. Розміри широкої грані цеглин 460х150мм, товщина прямих цеглин 75мм і клинових 79/68мм. Кладка цегли вироблялася по опалубці, що формує профіль склепіння. Комбінацією прямих і клинових цеглин досягається необхідний радіус заокруглення кілець склепіння. Розрахунок необхідної кількості прокладок був виконаний на підставі наявних даних про термічне розширення цегли SLV-30D. Кладка виконувалась кільцями від центра склепіння в напрямку до голівок печі, цегла укладалася широкою гранню паралельно подовжній осі склепіння, вигоряючі прокладки укладалися в кільцях склепіння через кожні п'ять цеглин, по подовжній осі склепіння - між кожними 8 кільцями. Розмір прокладок складав 460х150мм, товщина 2мм. Нова конструкція склепіння, виконана відповідно до заявки, дозволила значно підвищити стійкість головного склепіння двохванного сталеплавильного агрегату.